説明

ワイヤグリッド偏光フィルム及びその製造方法、並びに液晶ディスプレイ

【課題】モールドに高スペックを必要とすることなく、単純な工程で製造可能となるワイヤグリッド偏光フィルムの製造方法、及び該ワイヤグリッド偏光フィルムの製造方法で製造されるワイヤグリッド偏光フィルムを提供し、さらに該ワイヤグリッド偏光フィルムを用いた液晶ディスプレイを提供する。
【解決手段】基板11の表面は、金属薄膜13Lとの密着力がグリッド構造層12と金属薄膜13Lとの密着力よりも弱くなっており、基板11上に、凹部12bの底面を基板11の表面が露出した状態としたグリッド構造層12を形成し、ついでグリッド構造層12の凹凸面に金属薄膜13Lを形成した後、凹部12bの金属薄膜13Lを剥離させて、透明な基板11上にワイヤグリッド構造の金属層13を備えるワイヤグリッド偏光フィルム10とする。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、ワイヤグリッド構造により偏光特性を有するワイヤグリッド偏光フィルム及びその製造方法、並びに液晶ディスプレイに関するものである。
【背景技術】
【0002】
液晶表示装置(液晶ディスプレイ)は従来の陰極線管(CRT)を用いた表示装置に比べて、低消費電力、低電圧動作、軽量、薄型といった特徴を有しており、テレビ、コンピューター、携帯をはじめとする様々な表示装置として急速に普及してきている。
【0003】
しかしながら、液晶ディスプレイの問題点として、光の利用効率の悪さが指摘されている。これを改善すべく、利用効率向上技術として、アメリカ3M社製のDBEF(Dual Brightness Enhancement Film)と呼ばれる反射型偏光フィルムが上市されているが、光学的に異方性である高分子膜と、等方性である高分子膜を交差させることによって多層構造に製造されるのでそのコストが高く、製造工程が煩雑であった。
【0004】
これに対して、特許文献1には、ワイヤグリッド反射型偏光フィルムに関する技術が提案されている。本ワイヤグリッド反射型偏光フィルムは、PETフィルムを使用し、斜め成膜を行うことで金属膜のパターニングを行っているが、斜め成膜の角度条件は周期、グリッド幅およびグリッド深さから構成されるアスペクト比等のグリッド形状に大きく左右され、特に、短い周期で高アスペクト比のモールド作製には非常に高い技術やコストが必要であることや、成膜プロセスが複雑化すること、また金属膜を厚く成膜する際には、グリッドサイズに対し金属膜が大きく成長してしまうこと等、様々な欠点がある。
【0005】
また、特許文献2には、金属のパターニング手法に関する技術が提案されている。この技術では、インプリントを行った凹凸上にマスキング層を付加した後、凸部のマスキング層のみを選択的に除去することでパターニングを行うが、基材にパターン形成→全体にマスキング層形成→凸部のみ選択除去→金属膜形成→マスキング層上金属膜除去とする必要があって工程が非常に多く複雑であるとともに、マスキング層の選択除去には凹凸形状での深さを大きくとる必要があり、こちらも上記と同様に、モールド作製に非常に高い技術やコストが必要となることや、金属膜を厚く成膜する際にはグリッドサイズに対し金属膜が大きく成長してしまうという欠点がある。
【0006】
【特許文献1】特開2006−201782号公報
【特許文献2】特開2006−047813号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【0007】
本発明は、以上の従来技術における問題に鑑みてなされたものであり、モールドに高スペックを必要とすることなく、単純な工程で製造可能となるワイヤグリッド偏光フィルムの製造方法、及び該ワイヤグリッド偏光フィルムの製造方法で製造されるワイヤグリッド偏光フィルムを提供し、さらに該ワイヤグリッド偏光フィルムを用いた液晶ディスプレイを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0008】
前記課題を解決するために提供する本発明は、透明な基板(基板11)と、該基板上に設けられ一次元格子状の凹凸を有するグリッド構造層(グリッド構造層12)と、該グリッド構造層の凸部(凸部12a)に設けられる金属層(金属層13)と、を備えるワイヤグリッド偏光フィルム(ワイヤグリッド偏光フィルム10)の製造方法であって、前記基板の表面は、金属薄膜との密着力が前記グリッド構造層と該金属薄膜との密着力よりも弱くなっており、前記基板上に、凹部の底面を該基板表面が露出した状態とした前記グリッド構造層を形成し、ついで該グリッド構造層の凹凸面に金属薄膜(金属薄膜13L)を形成した後、前記グリッド構造層の凹部(凹部12b)の金属薄膜を剥離させることにより該金属薄膜のパターニングを行い、ワイヤグリッド構造の前記金属層とすることを特徴とするワイヤグリッド偏光フィルムの製造方法である(図1,図2)。
ここで、前記基板は、非晶性ポリオレフィンからなる高分子プラスチックフィルムであることが好ましく、あるいはポリエチレンテレフタレート(PET),ポリエチレンナフタレート(PEN),ポリカーボネート(PC),ポリエーテルスルフォン(PES),トリアセチルセルロース(TAC)のいずれかからなる高分子プラスチックフィルム表面にフッ素樹脂コーティングされてなるものであることが好ましい。
また、前記グリッド構造層は、熱硬化性樹脂または紫外線硬化性樹脂の接着剤を用いて成型されてなることが好ましく、アクリル、ポリカーボネート、ポリウレタン、ポリエステルウレタンのいずれかの樹脂からなることが好適である。
また、前記グリッド構造層の凹凸形状は矩形であるとよい。
また、前記金属薄膜は、前記グリッド構造層の凹凸面に対して正面から金属粒子が入射するドライプロセスにより成膜されることが好ましい。
【0009】
また前記課題を解決するために提供する本発明は、上述したワイヤグリッド偏光フィルムの製造方法により製造されてなり、透明な基板と、該基板上に設けられ一次元格子状の凹凸を有するグリッド構造層と、該グリッド構造層の凸部に設けられる金属層と、を備えることを特徴とするワイヤグリッド偏光フィルムである。
【0010】
また前記課題を解決するために提供する本発明は、本発明のワイヤグリッド偏光フィルム(ワイヤグリッド偏光フィルム10)と、液晶セル(液晶セル40)と、バックライトユニット(バックライトユニット50)と、を備えることを特徴とする液晶ディスプレイである(図3)。
【発明の効果】
【0011】
本発明のワイヤグリッド偏光フィルムの製造方法によれば、ワイヤグリッド構造層の凹部(基板表面露出部)の金属薄膜を簡単に剥離することができるので、金属膜のパターニングが簡便となる。また、ワイヤグリッド構造層の凹凸形状を斜め成膜に対応した形状とする必要がなくなるので、モールドの深さを浅くすることができるなど形状の制約が軽減され、モールドの大型化が可能になる。
また、本発明のワイヤグリッド偏光フィルムによれば、本発明のワイヤグリッド偏光フィルムの製造方法により製造されるので、金属膜のパターニングの信頼性が向上し、大型化できる。
また、本発明の液晶ディスプレイによれば、本発明のワイヤグリッド偏光フィルムを用いるので大型化が可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【0012】
以下に、本発明に係るワイヤグリッド偏光フィルム及びその製造方法、並びに液晶ディスプレイの一実施の形態における構成について図面を参照して説明する。なお、本発明を図面に示した実施形態をもって説明するが、本発明はこれに限定されるものではなく、実施の態様に応じて適宜変更することができ、いずれの態様においても本発明の作用・効果を奏する限り、本発明の範囲に含まれるものである。
【0013】
図1は、本発明に係るワイヤグリッド偏光フィルムの構成を示す断面図である。
図1に示すように、本発明に係るワイヤグリッド偏光フィルム10は、フィルム状の透明な基板11と、基板11上に設けられる一次元格子状(微細ストライプパターン)の凹凸を有するグリッド構造層12と、グリッド構造層12の凸部12aに設けられるワイヤグリッド状の金属層13と、を備えるものである。
【0014】
ここで、基板11は、その表面における金属層13を構成する金属薄膜13Lとの密着力がグリッド構造層12と金属薄膜13Lとの密着力よりも弱くなっているものである。更に言えば、基板11の表面に金属薄膜13Lを形成しても、その密着性が悪いため、容易に剥離するようなものとなっている。
【0015】
このような基板11としては、一般的に種々の材料との接着性が悪い材料を用いることができ、例えば非晶性ポリオレフィンからなる高分子プラスチックフィルムを用いることができる。
【0016】
ここで、非晶性ポリオレフィンとは、脂環族構造を入れて耐熱性を高め非晶性にしたポリオレフィンであり、透明性が高くまた吸水率が低い。また、非晶性ポリオレフィンは、構造上大きく2つに分類することができ、一つは環状オレフィンを開環重合した後、生成した主鎖の二重結合を水素添加することにより得られるもので、日本ゼオン(株)製の商品名「ZEONEX」、「ZEONOR」、JSR(株)製の商品名「ARTON」等の樹脂がある。もう一つは環状オレフィンをエチレンとビニル型共重合させて得られるものであり、商業化されているものとして三井化学(株)製の商品名「APEL」、TICONA社製の商品名「TOPAS」等がある。
【0017】
本発明では、これらのうち、とくに不純物含有が少なく、吸水率がとくに小さくなるように改善された材料を用いる。すなわち非晶性ポリオレフィンからなる高分子プラスチックフィルムとしては、吸水率(ASTM D570規格、40℃,90%RH)が0.01%未満とされた、日本ゼオン(株)製の商品名「ZEONOR」フィルムが好適である。
【0018】
あるいは、基板11として、使用帯域の光(可視光域)に対して透明なポリエチレンテレフタレート(PET),ポリエチレンナフタレート(PEN),ポリカーボネート(PC),ポリエーテルスルフォン(PES),トリアセチルセルロース(TAC)のいずれかの樹脂からなる高分子プラスチックフィルムの表面について金属層13(後述する金属薄膜)との密着力を低下させる処理を施したものとする。その処理としては、例えばフッ素樹脂のコーティング処理である。この場合のフッ素樹脂としては、ポリテトラフルオロエチレン(PTFE)、テトラフルオロエチレン−パーフルオロアルキルビニルエーテル共重合体(PFA)、四フッ化エチレン・六フッ化プロピレン共重合樹脂(FEP)、四フッ化エチレン・エチレン共重合樹脂(ETFE)、ビニリデンフルオライド樹脂(PVDF)、ビニルフルオライド樹脂(PVF)及びエチレン−クロロトリフルオロエチレン樹脂(ECTFE)等が挙げられる。
【0019】
グリッド構造層12は、熱硬化性樹脂または紫外線硬化性樹脂の接着剤を用いてその表面に一次元格子状の凹凸形状が成型及び残渣除去処理されてなるものであり、アクリル、ポリカーボネート、ポリウレタン、ポリエステルウレタンのいずれかの樹脂からなることが好ましい。また、基板11と接着性の相性のよい高分子材料であるとよい。さらに熱硬化性樹脂または紫外線硬化性樹脂は、微細パターンの成型が可能な樹脂が好ましい。このような要件を満たす材料としては、例えば東洋紡績(株)製バイロンUR−1400(ポリエステルウレタン樹脂)が挙げられる。
【0020】
グリッド構造層12の凹凸形状は、基板11の主面と平行な一方向(吸収軸Y方向)に延びるように基板11の主面上に形成された断面形状が矩形の凸部12aが、基板11の吸収軸Y方向と直交する方向(透過軸X方向)に可視光域の波長よりも小さいピッチで周期的に形成されてなるものである。同時にこれに伴い、凹部12bも断面形状が矩形となり、基板11の主面と平行な一方向(吸収軸Y方向)に延びる溝となる。なお、凹部12bの底面は基板11の表面が露出した状態となっている。この凹凸形状は、金属層13をワイヤグリッド状に形成するために設けられるものである。ここでは、グリッド構造層12の凹凸形状は四角形や台形などの矩形状、あるいは鋸歯形状、三角形状に形成することができるが、このうち四角形が好ましい。
【0021】
以下に、グリッド構造層12の凹凸形状のピッチ、ライン幅/ピッチ、凹部12b深さ(凸部12a高さ)、上部ライン幅/底部ライン幅の例を示す。
0.05μm<ピッチ<0.8μm、
0.1<(ライン幅/ピッチ)<0.9、
0.01μm<凹部12b深さ<0.2μm、
1.0≦(上部ライン幅/底部ライン幅)
【0022】
金属層13は、グリッド構造層12の凸部12aに設けられ、基板11の主面と平行な一方向(吸収軸Y方向)に該金属層がワイヤグリッド状(線状あるいは帯状)に配列されてなるものである。グリッド構造層12において一定間隔で規則的に設けられた複数の凸部12aそれぞれに金属層13が形成されることにより、金属層13の形成パターンが縞状(一次格子状)となりワイヤグリッド構造を呈する。金属層13の形成パターン(微細ストライプパターン)としては、可視光領域を400nm〜700nmとすると、金属層13の線あるいは帯(グリッド)の周期が少なくとも200nm以下であるときに、ある程度の偏光特性を期待することができる。このとき、既存の偏光フィルムと同一、あるいはより優秀な性能を得るためには、100nm台(100〜199nm)の周期を有する金属グリッドであることが望ましい。
【0023】
また、金属層13を構成する材料としては、ワイヤグリッド偏光フィルム10として使用帯域に応じて適切な材料が選択される必要がある。すなわち、金属材料がこれを満たす材料であり、具体的には金属材料として、Al,Ag,Cu,Au,Mo,Cr,Ti,W,Ni,Fe,Si,Ge,Te,Sn単体もしくはこれらを含む合金が挙げられる。このうち、AlやAgなど、可視光の全波長領域にわたって反射率の優れる金属材料が望ましい。
【0024】
以上の構成とすることにより、ワイヤグリッド偏光フィルム10は、可視光域で所望のワイヤグリッド特性を従来よりも安定して示すものとなる。
【0025】
図2は、本発明に係るワイヤグリッド偏光フィルムの製造工程を示す概略図である。
以下、図2の工程図に従い、本発明に係るワイヤグリッド偏光フィルム10の製造方法を説明する。
(S11)基板11の表面をコロナ放電で処理し、ついでその表面に熱硬化性接着剤としてポリエステルウレタン樹脂(東洋紡績(株)製バイロンUR−1440)を塗布する(図2(a))。このとき、後に行なう残渣除去工程を考慮するとなるべく残渣を少なくすることが好ましいことから、なるべく薄く塗布するようにして可能な限り塗膜12jの厚みを抑えることが好ましい。厚みの均一性を考慮しながら1μm以下とすることが好ましい。なお、基板11がフッ素樹脂を表面コーティングした高分子プラスチックフィルムの場合、前記コロナ放電処理は省略していもよい。
(S12)一次格子状の凹凸パターン(微細ストライプパターン)を有するモールドmを塗膜12jに押し当てる(図2(b))。このとき、モールドmでの加工深さが深いほどモールドmの凹み部分に塗膜12jがなじみにくくなり、モールドmの凹凸形状に沿った成型が難しくなるため、なるべくモールドmの加工深さは浅いほうが望ましい。このことは、モールド成型にかかる技術レベルを下げ、コスト削減に有用である。
(S13)ステップS12の塗膜12jについて、加熱(接着剤の種類によっては紫外線照射)して硬化させ、モールドmの凹凸を転写する(ナノインプリント)。これにより、表面に一次格子状の凹凸を有する硬化膜12kとなる(図2(c))。
(S14)つぎに、モールドmで成型された凹凸形状の凹部の底面部分の硬化膜12kを残渣として除去して、基板11の表面を露出させる(図2(d))。残渣除去処理としては、ArやO2ガスを使用したプラズマ処理が好ましく、時間制御により凹部のみを選択的に除去し、凸部を残すように処理して、凸部12a、凹部12bからなる凹凸形状とする。
(S15)ワイヤグリッド構造層12の凹凸面に対して、金属粒子が正面から入射するスパッタ成膜あるいは真空蒸着を行い(図2(e)))、金属薄膜13Lを形成する。このとき、ワイヤグリッド構造層12の凸部12aの頂部及び凹部12bの底面それぞれに金属薄膜13Lが形成されている(図2(f))。正面からの成膜であるため、金属薄膜13Lの膜厚コントロールが容易である。
(S16)最後に、凹部12bの金属薄膜13Lを除去する。凸部12aは接着性のよい材料からなる部分であるために金属薄膜13Lは剥がれにくくなっているのに対して、凹部12bは接着性の悪い材料からなる部分であるために金属薄膜13Lは剥がれ易い状態となっている。そのため、超音波洗浄することや粘着テープなどの粘着剤を凹凸面に貼り付けた後引き剥がすことにより、凹部12bの金属薄膜13Lのみを剥離させることができる。この金属薄膜13Lのパターニング加工により、凸部12a上に金属薄膜13Lが残ることになって、ワイヤグリッド構造の金属層13となる(ワイヤグリッド偏光フィルム10の完成(図2(g)))。
【0026】
次に、本発明に係る液晶ディスプレイについて以下に説明する。
図3は、本発明に係る液晶ディスプレイの構成を示す概略断面図である。
図3に示すように、液晶ディスプレイ100は、構造は従来公知のものであり、偏光フィルムとして2つの本発明のワイヤグリッド偏光フィルム10を用いるものである。すなわち、第1のワイヤグリッド偏光フィルム10と、液晶セル40と、第2のワイヤグリッド偏光フィルム10と、バックライトユニット50と、をこの順番で配置したものである。
【0027】
ここで、液晶セル40は、液晶シャッターとして機能するものであれば特に限定されず、使用可能なものを適宜用いる。例えば、対向配置された少なくとも一方の内面に透明電極を有する一対の基板と該基板間に挟持された液晶層とからなるものが挙げられる。液晶層としては例えばツイストネマチック液晶やスーパーツイストネマチック液晶を用いうるが、非ツイスト系の液晶や二色性染料を液晶中に分散させたゲストホスト系の液晶あるいは強誘電性液晶を用いてもよい。また、液晶の駆動方式については特に限定しない。
【0028】
バックライトユニット50は、液晶ディスプレイの光源として従来公知のものでよく、Light Emitting Diode(LED)やCold Cathode Fluorescent Lamps(CCFL)の光源51と拡散板52を組み合わせたもの、あるいは導光板を用いたサイドライトやELランプなどの面光源となる照明装置であればよい。
【0029】
液晶ディスプレイ100では、ワイヤグリッド特性に優れるワイヤグリッド偏光フィルム10を用いているので、信頼性が高く、大型化が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【0030】
【図1】本発明に係るワイヤグリッド偏光フィルムの構成を示す断面概略図である。
【図2】本発明のワイヤグリッド偏光フィルムの製造手順を示す工程図である。
【図3】本発明に係る液晶ディスプレイの構成を示す断面概略図である。
【符号の説明】
【0031】
10・・・ワイヤグリッド偏光フィルム、11・・・基板、12・・・グリッド構造層、12a・・・凸部、12b・・・凹部、12j・・・塗膜、12k…硬化膜、13・・・金属層、13L・・・金属薄膜、40・・・液晶セル、50・・・バックライトユニット、51・・・光源、52・・・拡散板、100・・・液晶ディスプレイ、m・・・モールド

【特許請求の範囲】
【請求項1】
透明な基板と、該基板上に設けられ一次元格子状の凹凸を有するグリッド構造層と、該グリッド構造層の凸部に設けられる金属層と、を備えるワイヤグリッド偏光フィルムの製造方法であって、
前記基板の表面は、金属薄膜との密着力が前記グリッド構造層と該金属薄膜との密着力よりも弱くなっており、
前記基板上に、凹部の底面を該基板表面が露出した状態とした前記グリッド構造層を形成し、ついで該グリッド構造層の凹凸面に金属薄膜を形成した後、前記グリッド構造層の凹部の金属薄膜を剥離させることにより該金属薄膜のパターニングを行い、ワイヤグリッド構造の前記金属層とすることを特徴とするワイヤグリッド偏光フィルムの製造方法。
【請求項2】
前記基板は、非晶性ポリオレフィンからなる高分子プラスチックフィルムであることを特徴とする請求項1に記載のワイヤグリッド偏光フィルムの製造方法。
【請求項3】
前記基板は、ポリエチレンテレフタレート(PET),ポリエチレンナフタレート(PEN),ポリカーボネート(PC),ポリエーテルスルフォン(PES),トリアセチルセルロース(TAC)のいずれかからなる高分子プラスチックフィルム表面にフッ素樹脂コーティングされてなるものであることを特徴とする請求項1に記載のワイヤグリッド偏光フィルムの製造方法。
【請求項4】
前記グリッド構造層は、熱硬化性樹脂または紫外線硬化性樹脂の接着剤を用いて成型されてなることを特徴とする請求項1に記載のワイヤグリッド偏光フィルムの製造方法。
【請求項5】
前記グリッド構造層は、アクリル、ポリカーボネート、ポリウレタン、ポリエステルウレタンのいずれかの樹脂からなることを特徴とする請求項1に記載のワイヤグリッド偏光フィルムの製造方法。
【請求項6】
前記グリッド構造層の凹凸形状は矩形であることを特徴とする請求項1に記載のワイヤグリッド偏光フィルムの製造方法。
【請求項7】
前記金属薄膜は、前記グリッド構造層の凹凸面に対して正面から金属粒子が入射するドライプロセスにより成膜されることを特徴とする請求項1に記載のワイヤグリッド偏光フィルムの製造方法。
【請求項8】
請求項1〜7のいずれかに記載のワイヤグリッド偏光フィルムの製造方法により製造されてなり、
透明な基板と、該基板上に設けられ一次元格子状の凹凸を有するグリッド構造層と、該グリッド構造層の凸部に設けられる金属層と、を備えることを特徴とするワイヤグリッド偏光フィルム。
【請求項9】
請求項8に記載のワイヤグリッド偏光フィルムと、液晶セルと、バックライトユニットと、を備えることを特徴とする液晶ディスプレイ。

【図1】
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【図2】
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【図3】
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【公開番号】特開2009−156885(P2009−156885A)
【公開日】平成21年7月16日(2009.7.16)
【国際特許分類】
【出願番号】特願2007−331375(P2007−331375)
【出願日】平成19年12月25日(2007.12.25)
【出願人】(000002185)ソニー株式会社 (34,172)
【Fターム(参考)】